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聚酯是由多元酸和多元醇缩聚得到的高聚物的总称,聚酯中产量最大的品种是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET的聚合需要添加催化剂,而目前工业上80%以上的催化剂市场份额被锑类催化剂占据。在绿色环保意识深入人心的今天,传统的锑系催化剂由于重金属的固有缺点已逐渐不能满足生态健康的需要,聚酯产业环保化势在必行,其中开发新型环保聚酯用催化剂是聚酯工业绿色化取得突破性进展的关键。然而,目前我国作为聚酯产量占世界70%的国家,在催化剂的研制上一直落后于德、日等发达国家,尤其非锑催化剂多依赖进口,这极大地限制了我国聚酯产业的发展。因此,设计合成拥有自主知识产权的新型绿色PET缩聚催化剂对我国聚酯工业的可持续发展具有重要的意义。基于此,本课题首先从具有优异催化活性和抗水解性的乙二醇钛出发,探索得到了一条新的简单易行的乙二醇钛的合成路线,并详细地探讨了聚酯合成工艺,包括酯化反应条件、乙二醇钛的加入方式、加入阶段及加入量、稳定剂和消光剂的添加等对乙二醇钛催化效果的影响,提出并验证了相应的影响机制。然后基于乙二醇钛的研究,针对其溶解性和选择性差及无法用于半消光聚酯制备的缺点,通过在其螯合环上引入醚链,设计合成了一种具有良好的催化活性、选择性与普适性的聚酯用钛系催化剂。系统研究了醚链的引入对催化剂的溶解性、催化活性和选择性及聚酯产品的L和b值等性能的影响,获得了催化剂结构与性能的内在联系,为催化剂的设计及实际应用提供了理论基础。主要研究内容与所得结论如下:1.优化了钛酸四丁酯法制备乙二醇钛的合成工艺,优化后的工艺反应温度低(40℃),反应时间短(4 h),无需加有机胺作催化剂,大大降低了能耗和简化了提纯工艺。所得乙二醇钛的溶解度随温度提高明显升高,且温度降低不会让已溶解的乙二醇钛析出,这一特性对催化剂配浆使用极其有利,环境温度的波动不会影响浆料的稳定性。2.考察了乙二醇钛加入方式、加入阶段及浓度、酯化反应时间、稳定剂和消光剂的添加对乙二醇钛催化PET缩聚的缩聚时间和产品性能的影响,提出并验证了相应的影响机制,为后续催化剂的设计与改性指明了方向,即在催化剂分子内引入配位键、增加催化剂溶解度、降低催化剂在TiO2表面上的析出。3.为增加催化剂分子内配位键和溶解性合成了三乙二醇钛酸二钠盐(Ti(EG)3Na2)催化剂,并考察了其催化活性及其在乙二醇中的溶解度。其结果表明,Ti(EG)3Na2催化PET缩聚反应的活性降低,但对热降解反应活性抑制不明显,不适宜用于制备大有光PET;但其优异的溶解性使其可用于制备半消光PET。4.通过在乙二醇钛的螯合环上引入醚链,设计合成了两种含醚链的钛系催化剂TiEG2E2和TiEG2E1,探究了两种催化剂的溶解性和催化活性。其结果表明,引入醚链能够大幅度提高其溶解性。醚链的位阻和分子内的配位是调控催化剂TiEG2E2和TiEG2E1催化活性的关键因素;在稳定剂磷酸三甲酯存在下,TiEG2E2和TiEG2E1对大有光PET的缩聚反应表现出优异的催化效果,所制备的PET的b值降至到2.0左右。用于半消光PET制备时,TiEG2E2催化的缩聚时间因TiO2的加入仅延长了 31 min,半消光产品b值可达3.1,受消光剂的影响相当小。TiEG2E2和TiEG2E1在催化聚酯缩聚反应方面展现了良好的性能,在聚酯生产工业上具有广阔的应用前景。